CAD/CAM提高航空和军工制造业生产率

作者：Elizabeth Engler Modic

欢迎访问e展厅 展厅 1 CAD/CAM软件展厅 CAD软件, CAD/CAM, CAM, 钣金CAD/CAM, CAI, ... 数十年来，生产率一直是制造业颇为时髦的行话。所以，让人难以想象，在某些制造厂家那里，这个问题的紧迫程度又到了有增无减的地步。Kennebec技术公司的情况就是一个例子。 Kennebec技术公司的CNC程序设计员和工艺工程师Kip Tjelmeland解释说，他公司的航空和军工制造合同每年都经常要求把单件价格降低一定的百分比。因此，提高生产率非常关键，特别是如果你不想让今年赢得的项目成为明年及其以后各年利润率拖累的话，情况更是如此。 在过去十年里，公司采取下述几种措施应对提高生产率的挑战：首先是安装好的CNC设备 ；其次是规范所有程序设计工作，将其统一到实实在在的CAM系统上；然后是将相当数量的制造加工任务转移到先进的多坐标系统设备上。 最近，Kennebec技术公司将其多种版本的CAD/CAM系统交给专家们使用，不仅仅是从事程序设计的专家，还包括从事报价、制造工程和工艺优化等各个方面的专家。每位专家都可接触CAD/CAM文档，他们正式或非正式地一起工作，共同努力提高生产率，这种合作不仅限于产品开发期间，而是贯穿于整个项目的始终。 贯穿所有阶段 Kennebec技术公司是一家提供全面服务的高精度机械产品制造厂家，专业提供复杂和高附加值零件和组件。公司的铣削、车削和磨削特别适合于生产基本符合18"立方体包络线以内的零件。采用部分有人值守工作站和双主轴、13坐标、四台转塔车床，Kennebec技术公司可用高精度零件之竞争性价格对周期时间进行优化处理，而同时保持服务和质量的高水平。 2001年，在Kennebec技术公司决定更换当时的系统时，它选择Mastercam作为CAD/CAM系统软件，由于其还含有土木工程功能，当时这套系统非常复杂。在过去十年的大部分时间里，Mastercam主要用于为CNC设备编制程序。但是，过去几年里，在公司工作流中每个关键点上的用户都经过Mastercam软件的跨专业训练。Kennebec技术公司一直在努力从其制造工艺的每个阶段中，剔除那些效率低的部分；在这个过程中，正是这样一个发展情况， 发挥了关键作用。 报价程序 在Kennebec技术公司里，所有报价工作都只由一个人进行处理；然后，报价由负责工程设计的经理审核和批准。这样，可确保涉及政府和航空合同所有行政管理细节的处理都能始终保持一致。 几乎所有工作任务都以CAD模型或数字文本的形式传给Kennebec技术公司报价专家。在报价阶段，多数这些资料均就已经导入Mastercam。如果文档是以TIFF格式表达的数字化图纸，该文档可方便地导入程序，如果文档与工件成比例关系，亦可将其作为起始点，建造实体模型，用于CNC程序设计。 一旦成功导入，报价专家即将CAD文档储存于服务器里，供团队每个人员使用。CAD模型可让团队更直观地展现零件，并了解制造这个零件必须使用的CNC机床、装卡、工序等。如果任何人有任何问题，可与制造工程师和（或）程序设计人员交换意见，因为大家都可看到同样文档。文档存储于专门文件夹，文档的储存和管理都有相关的保安级别。 制造工程 过去两年里，Kennebec技术公司的制造工程师都依赖于Mastercam，将其作为他们的主要工作环境。这代表着一个重大的变化，要求所有制造工程师都要进行经销商培训和自我教育，熟悉CAD软件的使用，这项工作是从2006开始的。 当Kennebec技术公司赢得一项任务时，制造工程师从服务器里调用报价文档。然后，核对CAD文档确实系指购货单上的零件。然后，编制制造工艺，包括机器的选择、刀具清单、装卡和夹具的详细设计，所有这些均借助于Mastercam软件系统完成。完成这项工作时，增强型模型被以客户文档的方式存储起来，一起存入服务器生产区域的还有零件编号。 Tjelmeland说 ：“由于我们面对不少具有挑战性的薄壁铸件，所以，采用实心模型创造夹具，对我们来说，相当好用。进行机加工时，我们需要将铸件牢固地夹持住，但又不能造成凹坑或使其变形。另外，为了避免额外装卡，我们还需要范围广泛的进刀空间（即：从多个加工平面接近工件），所以，在Mastercam软件系统里，我们一般采用3-2-1基准点系统，寻找零件的定位点，并根据零件模型进行夹卡具设计。然后，我们将零件移开，放大夹具和卡具，完成尺寸标定工作。这不仅是一种效率很高的做法，而且还可在制造过程中，从多个方向接近零件。” CNC程序设计 当任务文档被传送给程序设计部门时，它已经含有生成CNC刀具路径的所有信息，CNC刀具路径用于制造零件和夹具。这包括为这项任务编制程序所必需的机器、装卡和工装等方面的信息。这样做，也让程序设计部门有机会再次审核对这些信息的理解是否正确，既节省了时间，又降低了出现人为错误的可能性。 对信息进行审核之后，程序设计人员的主要工作将集中在如何让CNC程序尽量能够有效运行方面。 这项工作是借助过去在类似材料和几何形状上行之有效的刀具路径来完成的。这些刀具路径实际上有数十种之多的方案可供选择，程序设计人员可容易地对这些路径进行修改，使其适合手头任务的独特加工要求。一旦程序设计人员完成了程序设计，他可运行Mastercam中计算机仿真功能，该功能可让程序设计人员确认程序将安全运行于所选CNC机器上，并准确地估算实际制造这个零件需要多长时间。Tjelmeland相信计算机仿真功能估算的时间精度误差在3%以内。如果程序设计人员对加工时间不满意，他可在其希望提高效率的区域运用不同刀具路径。这项工作可按照任何顺序进行，而不会牺牲保留在程序里的任何其他刀具路径。 Morph Spiral是Tjelmeland经常用于提高效率的高速机加工路径范例。从名称上说，这是一种挖槽刀具路径，但是，他说：“那个术语有些让人误解，当说挖槽时，多数人想到的是把一个区域从零件上挖出来。不过，你也可采用挖槽创建一个外部断面。你只要将其当成岛状物即可。Morph Spiral非常好，因为它对刀具的掩埋从不超过你告诉它做的限度。所以，如果我想以250ipm的速度加工不锈钢或以400ipm速度加工铝时，我不希望超过一定的深度，折断刀具，我就可以使用Morph Spiral刀具路径。” 程序的生成 一旦程序编制完毕，程序设计人员可使用六种后处理程序中的一种程序生成运行车间里某种CNC机床所需的程序。然后，该程序将存储于服务器的生产区域。Kennebec技术公司的目标，是拥有一种CNC程序，这种程序可从服务器里下载到车间的机床里进行运行，而不必进行修改。有时由于计划调度的问题，需要使用不同机器进行后续生产工序，比如，或许不用立式机床，而用卧式机床。程序设计人员只需使用另外一个后处理程序再次生成NC代码即可，而不需要编制另外的CAM程序。 Tjelmeland曾经是Kennebec技术公司的主要程序设计员。现在，他的大多数时间花费在制造工程工作方面，主要是工艺优化工作方面。 Tjelmeland说：“没有可接受的失败者这样的东西，如果运行时间超过我们报价时间5分钟，那是不能接受的。所以，如果工艺没有冻结，我们就可返回图版，努力设法使其满足我们的报价时间要求，而同时又不降低质量。 这项工作主要涉及刀具路径的修改，可从过去用过的类似环境中进行选择，或者从最新发布的Mastercam软件系统产品中进行发掘，试验使用公司以前没有用过的东西。 要从某件任务中节省相当时间的最佳办法之一是缩短粗加工时间。“对铝零件而言，我们采用了余摆线挖槽刀具路径。实际上是采用小圆弧进刀，而不是直接线性移动进刀，这样，可真正地提高材料去除率，而不折断端面铣刀或使负荷完全作用于铝合金零件上。” Tjelmeland解释说。 “在希望去除多少材料和希望多快完成任务之间总是要进行权衡，这种软件帮助我们将刀具推进至其极限，而不是更远。更换另外一个不同的刀具路径并使其到位，仅只需要一两分钟时间。然后，我们可以运行这种刀具路径，看看效果是否可以接受。如果我们不喜欢我们所看到的效果，我们可以再往后面推一点。” 到此，工艺过程走完了一整个圆圈，CAD/CAM系统中创立的优化，实现了报价阶段原来制定的机器周期期望值，所有这些工作都是在同一个CAD/CAM环境中完成的。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/5/2013)